Computer Program to Calculate the Attenuation due to Losses and the

2.6.1 Germinación y velocidad de germinación (T50)

La germinación es el crecimiento y continuación del desarrollo del embrión, hasta el momento de romper sus envolturas (pericarpio o testa) para que la radícula y el talluelo o gémula broten y salgan. En genotecnia es muy importante conocer o determinar la capacidad de germinación de las semillas correspondientes al material genético o germoplasma con que se esta trabajando; esta determinación se realiza mediante pruebas del porcentaje de germinación (Robles, 1995). Para que una semilla germine tiene que ser morfológicamente madura.

Para Bewley (1997), la germinación comprende todos aquellos eventos que inician con la absorción de agua por la semilla y terminan con el alargamiento del eje embrionario. El proceso de la germinación comprende una serie de cambios morfológicos, anatómicos y fisiológicos que incluyen según Daniel et al. (1982): (1) absorción de agua (imbibición); (2)

alargamiento y división celular; (3) activación de enzimas; (4) hidrólisis de los carbohidratos insolubles, el almidón, los lípidos y las proteínas, que producen sustancias químicas simples solubles que se translocan del endospermo al embrión; (5) elongación y división celular; (6) aumento de la tasa de respiración y de la energía liberada que se utiliza para el crecimiento y se desprende como calor; (7) perdida de peso; (8) diferenciación celular para originar diferentes tejidos y estructuras de la plántula.

La Asociación Internacional de Pruebas de Semillas (ISTA por sus siglas en inglés, Internacional Seed Testing Association) (1985) define la germinación en una prueba de laboratorio como la emergencia y desarrollo de una plántula a una fase donde el aspecto de sus estructuras esenciales indica si puede o no desarrollar más allá en una plántula satisfactoria bajo condiciones favorables de suelo. Para resumir las tres etapas de la germinación, Bewley (1997) esquematiza los principales eventos que se asocian con el proceso de germinación y el subsiguiente crecimiento postgerminativo, como se puede observar en la Figura 3.

Figura 3. Principales eventos asociados con el proceso de germinación y subsiguiente crecimiento post-germinativo (Bewley, 1997).

Durante el proceso de germinación ocurren las siguientes etapas:

Rehidratación y reactivación. En semillas quiescentes, los procesos metabólicos normales se efectúan a muy baja velocidad debido a la insuficiencia de agua; la imbibición provoca la reactivación de estos procesos.

Reanudación del crecimiento. La actividad metabólica que ocurre durante las etapas iniciales de la germinación, esta dirigida hacia el crecimiento del embrión, y no todas las partes de este inician su crecimiento al mismo tiempo.

Movilización de reservas. La mayoría de las semillas contienen reservas como carbohidratos, lípidos, proteínas, aminoácidos, esteres de fosfato orgánico y minerales. La función de las reservas es mantener el crecimiento de las plántulas hasta que estas sean autotróficas. La movilización masiva de reservas desde los cotiledones o del endospermo, es un proceso posterior a la protrusión radicular después de la germinación. Una característica de dicha movilización es la gran actividad de enzimas hidrolíticas, que se encargan de la reducción de las reservas a unidades más pequeñas y fácilmente transportables.

Expresión génica: ARN mensajero nuevo y viejo. La reanudación de la actividad metabólica, que ocurre enseguida de la hidratación, incluye la síntesis de ADN, ARN y proteínas.

2.6.2 Vigor

En 1977 el Comité de Pruebas de Vigor de la ISTA, definió al vigor como: “la suma total de aquellas propiedades de la semilla que determinan el nivel de actividad y comportamiento de la semilla o lote de semillas durante su germinación y emergencia de la plántula”, y desarrollo uniforme, además de hacerlo con rapidez y producir altos niveles de materia seca (Villaseñor, 1984) variando la respuesta de las semillas entre lotes de semilla, especies, variedades, ambientes de producción o por las condiciones de germinación a que se sometan. Esta definición engloba aquellos procesos que directamente han sido relacionados con las diferencias en el vigor de las semillas; éstos son:

Proceso y reacciones bioquímicas durante la germinación, tales como reacciones enzimáticas y actividad respiratoria

Velocidad y uniformidad de la emergencia de la plántula en el campo Capacidad de emergencia de las plántulas bajo condiciones

desfavorables del medio ambiente

Entre las causas de la variabilidad del vigor de las semillas se citan las siguientes:

Genotipo

Medio ambiente y nutrición de la planta

Estado de madurez al momento de la cosecha Tamaño, peso y peso volumétrico

Daño físico

Deterioro y envejecimiento Patógenos

Dentro del vigor, se distinguen 2 tipos, el genético y el fisiológico. El primero se produce por heterosis o por disparidad de vigor entre líneas no parentales; mientras que el segundo, con origen en el anterior, se manifiesta por diferencias en vigor entre lotes de semillas del mismo genotipo (Pollock, 1972). Varios autores coinciden en señalar que el vigor de la semilla es un factor de la calidad de la misma, siendo importante incluir su evaluación en el análisis de laboratorio (Villaseñor, 1984). La elaboración del concepto de vigor se ha basado en dos ideas fundamentales:

1. Vigor intrínseco. Es la capacidad de las semillas para producir, rápida y uniformemente, plántulas normales en condiciones específicas de laboratorio (Besnier, 1989).

2. Vigor extrínseco. Es la capacidad de las semillas para producir plántulas normales en condiciones normales de cultivo. Esto implica establecer, para cada especie y región climática, que es lo que hay que considerar como “condiciones normales de cultivo”, y además, cuales son las condiciones anormales en las que el vigor del lote de semillas tiene la más decisiva importancia.

Medición de las plántulas. Este método es aplicable a las plántulas que presentan una plúmula recta, como en los cereales, o bien raíces no ramificadas, como la lechuga. Se ha usado principalmente para cereales, cebada, trigo, maíz, aunque también se ha usado para soya, remolacha y para medir la longitud de la raíz de la lechuga. Se requiere para esta prueba papel absorbente grueso que al estar húmedo no se doble y que se mantenga firme. Las hojas de papel deberán ser de 30 x 25 cm; el papel deberá ser firme y absorbente. El contenido de humedad en cada lote por comparar deberá ser similar, ya que afecta la velocidad de la germinación (Moreno, 1984).

Peso de las plántulas. Esta prueba se desarrolló con el objeto de facilitar la clasificación de las plántulas débiles y vigorosas.

2.7 Herbicidas

2.7.1 Aspectos generales

Los herbicidas son compuestos químicos que suprimen el crecimiento y desarrollo de las plantas. Una de las características más importantes de algunos herbicidas está en su selectividad. En general, selectividad es una expresión de diferencias en las respuestas de las plantas vegetales a la aplicación de herbicidas (Anderson, 1996). Sin embargo, hay un sinnúmero de herbicidas que no son selectivos donde se destacan los herbicidas esterilizantes y semiesterilizantes, su acción impide la germinación y el crecimiento de toda vegetación (Cárdenas y Romero, 1973).

Es necesario definir conceptos fundamentales que permiten clasificar a los herbicidas según normas aceptadas mundialmente y que configuran las bases para su utilización racional, sobre todo en los tiempos actuales, caracterizados por una creciente preocupación de su impacto ambiental y por la aparición de resistencia a herbicidas.

El modo de acción de un herbicida se refiere a la razón biológica por la cual ocurre la muerte de la planta. En general, el modo de acción comprende todos los eventos que implican la absorción, el transporte y la acción tóxica del mismo. El sitio de acción se restringe exclusivamente al nivel o ruta metabólica especifica afectada por el herbicida.

Desde el punto de vista de su transporte, conviene recordar que los herbicidas se clasifican en sistémicos, cuando, absorbidos por el tejido foliar o radical y transportados vía floema, xilema o ambos, alcanzan el sitio específico en donde ejercen su acción tóxica (generalmente los centros de crecimiento y elevada actividad metabólica). Los herbicidas sistémicos pueden ser aplicados al suelo y en ese caso se transportan vía xilema hacia el follaje o al follaje cuando se transportan vía floema hacia el resto de los tejidos aéreos y subterráneos.

Por el contrario, los herbicidas de contacto, una vez que atraviesan la cutícula se transportan muy limitadamente, ejerciendo su acción en forma muy rápida. La mayoría de los herbicidas de contacto ejercen su acción sobre el follaje, aunque existen herbicidas de suelo que afectan tejidos radicales. La selectividad, hace referencia a la capacidad que posee un herbicida de ejercer su modo de acción y causar daños en la maleza pero no a la especie cultivada.

Conviene puntualizar que en algunos casos la selectividad es nula (caso de paraquat) y en otras es total, es decir el cultivo puede tolerar niveles muy altos de herbicida en cualquier momento de su ciclo sin evidenciar efectos fitotóxicos o depresiones del rendimiento (caso de los graminicidas en soya). En otros casos, sin embargo, el rango de selectividad es estrecho, no sólo por la dosis tolerada (caso de metribuzín), sino por el estadio de crecimiento del cultivo. Los herbicidas hormonales aplicados durante el periodo de macollaje de trigo son selectivos, pero pueden causar daños más o menos severos si se pulverizan en estadios muy tempranos.

Finalmente es importante señalar que las condiciones ambientales inadecuadas para el buen crecimiento y metabolismo de la planta (ej. el estrés causado por sequía en suelo y/o ambiente o temperaturas excesivamente bajas) pueden ocasionar una severa pérdida de selectividad (caso de nicosulfuron en maiz o de herbicidas para el control de avena fatua en trigo) (Heap, 2000).

2.7.2 Clasificación de los herbicidas

No existe un solo sistema de clasificación de los herbicidas. Los diferentes sistemas se basan en criterios muy dispares, como su naturaleza química, su mecanismo de acción o su toxicidad. Los herbicidas empleados para el combate de malas hierbas son de dos tipos: no selectivos y selectivos. Ambos actúan como herbicidas de contacto.

1. Herbicida no selectivo es cualquier producto químico que si se aplica al follaje o al suelo, mata toda la vegetación sin distinción de especies.

2. Herbicida selectivo es cualquier producto químico que pueda destruir las malas hierbas en un cultivo en germinación o en crecimiento, sin dañar a la planta cultivada en grado tal, que no pueda recobrarse (Kohashi, 1956). Los herbicidas selectivos matan ciertos objetivos, mientras preservan la cosecha relativamente indemne. Algunos actúan interfiriendo con el crecimiento de

las malas hierbas y se basan frecuentemente en las hormonas de las plantas. Los herbicidas utilizados para limpiar grandes terrenos no son selectivos y matan toda planta con la que entran en contacto.

3. Herbicidas residuales. Éstos se aplican al suelo, sobre la tierra desnuda y forman una película tóxica que cuando la tocan las malas hierbas que germinan mueren. Dos aplicaciones al año de herbicidas residuales pueden ser suficientes para mantener un suelo limpio de malas hierbas que nacen de semilla, de las anuales. A las perennes que rebrotan a partir de rizomas, estolones o bulbillos, no les hace nada; si nacen de semillas, sí. (http://es.wikipedia.org).

En el cuadro 3 se aprecia un bosquejo de la clasificación de los herbicidas utilizados en la presente investigación.

Cuadro 3. Clasificación de los herbicidas diquat, paraquat y 2,4-D por su modo de acción, sitios de acción específicos asociados al modo de acción, velocidad de aparición de los efectos y descripción de los principales síntomas que pueden visualizarse en malezas y/o cultivos. Fuente: www.inia.org.uy/publicaciones.

Modo de

acción Sitio acción de asociado

Familia

química Ingredientes activos Acción Velocidad de acción. Síntomas de su acción en malezas y especies cultivadas (fitotoxicidad).

Disruptore s de la membrana celular Desvío de electrones de (plastoqui nona). Formación de peróxidos. Inhibición del fotosistem a I. Dipiridilos Diquat y

Paraquat Contacto Rápida. Necrosis. En el caso de paraquat, la desorganización de las membranas conduce en primer lugar a una apariencia húmeda del follaje, seguida de un rápido marchitamiento y eventualmente una apariencia de daño por calor (quemadura o helada en el follaje). Inhiben el proceso fotosintético interfiriendo en la reacción de Hill, en el flujo de electrones en el fotosistema I ó II. Estos herbicidas no son metabolizados por las plantas superiores. En especies tolerantes resultan reducidos interviniendo el aparato fotosintético, la luz y el oxígeno forman un radical libre (OH) o el peróxido (P2O2) los cuales

aparentemente son los agentes tóxicos (radicales libres), provocando un rompimiento de las membranas del cloroplasto. Son herbicidas de contacto aplicados al follaje debido a que son retenidos con fuerza por los coloides del suelo.

Causan una rápida desecación del follaje, seguida de necrosis. En la célula ocurre una rápida pérdida de integridad de la membrana celular y del cloroplasto; por esto el movimiento vía apoplasto es limitado, por el simplasto no ocurre movimiento. Si estuviera a disposición del sistema radical, podría haber algún movimiento vía apoplasto, no obstante se absorben a constituyentes celulares del parénquima cortical.

El paraquat no inhibe el transporte de electrones en el FSII, sino que más bien, se los quita a la ferredoxina provocándole su reducción y la liberación de radicales libres, y por ende, la peroxidación de las membranas. Regulador es de crecimient o Alteración del balance hormonal y de síntesis proteica. Varios niveles y sitios de acción. Fenoxiacé

ticos 2,4-D Sistémica Lenta. Follaje. Nastías y agallas. Detención del crecimiento. Necrosis. La mayoría de los herbicidas de esta familia son altamente sistémicos si se aplican en el periodo de crecimiento apropiado. En general son tóxicos para las malezas de hoja ancha, pero pueden dañar algunas gramíneas si se aplican en estadios sensibles.

Los síntomas de daño en las plantas sensibles se desarrollan primero en los tejidos meristemáticos o de reciente formación. Los herbicidas de este grupo presentan anormalidades en las plantas susceptibles que inicia con malformación de láminas foliares, nervaduras anastomóticas, tallos retorcidos, rasgaduras y agallas. En las gramíneas los síntomas incluyen la aparición de hojas similares. En cebolla, raíces fusionadas y aplanadas, tallos curvos, malformación de espiguillas y espigas.

Disruptores del crecimiento celular. Auxinas sintéticas (acción probable hacia el ácido indolacético). Estos herbicidas interfieren en la síntesis de ácidos nucleicos, controlando la síntesis proteíca en diferentes etapas, afectando la regulación de ADN durante la formación de ARN, efecto que puede ser alcanzado por la despresión de un gene o activación de ARN polimerasa, o simplemente afectar el mensaje del ARN a las proteínas. En general, se pierde el control del crecimiento por atrofia o malformación de los haces vasculares.

Se caracterizan por tener una mayor fitotoxicidad hacia las dicotiledóneas y ciperáceas que hacia las gramíneas; actúan como reguladores del crecimiento; el transporte ocurre vía simplasto con los asimilados de la fuente de producción a los órganos en consumo o almacenamiento. Generalmente exhiben un corto efecto residual. Las gramíneas son tolerantes porque no tienen cámbium, además los nudos y entrenudos dificultan la llegada del herbicida al sitio de acción. Fuente: www.inia.org.uy/publicaciones.

2.7.3 Absorción y transporte de los herbicidas en los vegetales

La penetración en los vegetales es el primer paso que tienen que dar los herbicidas para controlar las malas hierbas. Esto lo hacen fundamentalmente por dos vías o sistemas: radicular o foliar. La cutícula es la primera barrera que deben franquear los herbicidas que se absorben por el sistema foliar, bien directamente, destruyendo sus componentes (cutícula, pectina, celulosa, ceras) o bien a través de los estomas. Las materias activas que penetran en los vegetales a través de sus órganos subterráneos, lo hacen a través de las raicillas, disueltos en el agua conjuntamente con las sustancias alimenticias del suelo. Una vez dentro del vegetal, el herbicida puede ejercer su fitoacción alrededor de su zona de penetración, o moverse a lo largo de la planta, si el herbicida es de traslocación. En este caso el herbicida produce su acción tóxica en donde se almacena, o a lo largo de su trayecto.

La traslocación se efectúa a través del apoplasto, que es el conjunto de células muertas de la planta, espacios intercelulares, vacuolas, vasos leñosos que constituyen el xilema, o del simplasto, que está formado por las células vivas, citoplasmas y vasos liberianos o floema. Los herbicidas de traslocación apoplástica de aplicación foliar se desplazan poco hacia los ápices de las hojas. Si se absorbe por las raíces, irá hacia las hojas siguiendo el xilema con la corriente de transpiración. Generalmente, cuando un herbicida se trasloca por vía simplástica y se aplica al sistema foliar, se moverá hacia las raíces. Si se absorbe por las raíces, se moverá poco. De acuerdo con su forma de actuar internamente sobre las plantas, los herbicidas se pueden dividir en la forma siguiente:

1. Inhibidores de la germinación. Estos herbicidas actúan sobre las plantas que les son susceptibles, interfiriendo los procesos de división celular. Son, por lo tanto, inhibidores de la mitosis. Dentro de los herbicidas que agraden en esta forma están los del grupo de los carbamatos, tiolcarbamatos, alfa-cloro-acetilamida, toluidina.

2. Inhibidores de la respiración. Estos herbicidas actúan sobre las plantas que les son susceptibles, interfiriendo con la formación del ATP (ácido adenosintrifosfato), fuente de energía del metabolismo celular. Los típicos inhibidores de la respiración impiden la formación del ATP y la planta se muere a causa de una respiración exagerada. Ejemplos de estos herbicidas son los dinitrofenoles, pentaclorofenol, Ioxinil o el Bromoxinil.

3. Inhibidores de la fotosíntesis. La fotosíntesis operación clave de la vida vegetal (y por derivación de la animal), consiste en la captación, por la planta, del anhídrido carbónico del aire, conjuntamente con la luz solar y el agua.

Por síntesis orgánica se forman los hidratos de carbono, que se almacenan en la planta. A su vez, estos hidratos de carbono dan origen a otros productos tales como albúminas, grasas, celulosa, entre otros, y la presencia de la clorofila es indispensable para estas síntesis. La inhibición de la fotosíntesis es uno de los efectos más espectaculares realizados por determinados herbicidas, puesto que actúan sobre un mecanismo que no existe en el organismo humano y animal. Esto podría ser la razón por la cual los inhibidores más importantes de la fotosíntesis son los herbicidas con la menor toxicidad en el organismo no vegetal. Los herbicidas que actúan sobre las plantas, en esta forma, están representados por los grupos de las triazinas, ureas, uracilo y amidas. Algunos compuestos clorofenólicos se mezclan en ocasiones en fertilizantes comerciales para controlar el crecimiento de hierbas de hoja ancha. Cientos de productos comerciales contienen herbicidas clorofenólicos en varias formas, concentraciones y combinaciones.

En algunos casos, se usa el mismo nombre para productos con diferentes ingredientes, por lo tanto, la composición exacta debe consultarse en la etiqueta del producto.

2.8 Herbicidas comerciales